LTC1436A/LTC1437A：高性能同步降压开关稳压器解析与应用指南

在开关稳压器领域，LTC1436A/LTC1437A以其卓越的性能脱颖而出，被广泛应用于众多电子设备中。本文将对LTC1436A/LTC1437A进行全面解析，并详细介绍其应用要点。

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1. 产品概述

LTC1436A/LTC1437A是同步降压开关稳压器控制器，能够驱动外部N沟道功率MOSFET，采用可锁相的固定频率架构。其自适应功率输出级可在高达400kHz频率下选择性驱动两个N沟道MOSFET，减少开关损耗，在低输出电流时仍能保持高效率。

2. 关键特性

2.1 频率特性

• 恒定频率：在低输出电流时仍能保持恒定频率，且频率可编程，支持PLL锁相功能。通过外部振荡器电容 (C{OSC}) 可确定工作频率，公式为 (f{OSC}(kHz)=left(frac{8.4left(10^{8}right)}{COSC(pF)+11}right)left(frac{1}{I{CHG}}+frac{1}{I{DIS}}right)^{-1}) 。
• 频率范围：振荡器频率VCO高时，不同条件下频率有所不同，如 (C{OSC}=100pF) ，(V{PLLLPF}=0V) 时，频率范围在112 - 138kHz。

2.2 输入输出特性

• 宽输入电压范围：支持3.5V至36V的输入电压，能适应多种电源环境。
• 低导通时间：最小导通时间 ≤300ns，适用于高频、低占空比应用。
• 低dropout：能实现99%的占空比，非常适合对电压要求严格的场景。
• 输出电压：输出电压范围为1.19V至9V，可通过引脚选择，如 (V{PROG}=0V) 时 (V{OUT}=3.3V) ，(V{PROG}=INTV{CC}) 时 (V{OUT}=5V) ，(V{PROG}) 开路（DC）时输出电压可调。

2.3 其他特性

• 内置功能：具备内置的电源复位定时器、可编程软启动、低电池检测器、远程输出电压检测、折返电流限制（可选）等功能，增强了系统的稳定性和可靠性。
• 低功耗：逻辑控制的微功耗关断模式下，(I_{0}<25 mu A) ，有效降低功耗。
• 多种封装形式：提供24引脚窄SSOP和28引脚SSOP封装，方便不同应用需求。

3. 工作原理

3.1 主控制环路

采用恒定频率、电流模式降压架构。在正常工作时，振荡器置位RS触发器使顶部MOSFET导通，主电流比较器I1复位RS触发器使顶部MOSFET关断，峰值电感电流由ITH引脚电压控制。底部MOSFET在顶部MOSFET关断时导通，直到电感电流开始反向或下一周期开始。当输入电压接近输出电压时，电路可能进入dropout状态，此时dropout检测器会周期性强制顶部MOSFET短暂关断以对自举电容 (C_{B}) 充电。

3.2 低电流操作

具有自适应功率模式，可根据负载电流自动切换输出级。TGL和BG引脚驱动大尺寸同步N沟道MOSFET用于高电流操作，TGS引脚驱动小尺寸N沟道MOSFET用于低电流操作。若TGS引脚开路，电路将默认进入Burst Mode操作。

3.3 频率同步

LTC1436A - PLL和LTC1437A具备锁相环（PLL），可使振荡器与连接到PLLIN引脚的外部源同步。锁相环锁定时，顶部MOSFET的导通与同步信号的上升沿对齐。

3.4 上电复位

POR引脚为开漏输出，当主稳压器输出电压超出调节范围时拉低，输出电压上升到调节值的 ±7.5% 内时，启动定时器，经65536个振荡器周期后释放。

3.5 辅助线性稳压器

可控制外部PNP晶体管，输出电流可达500mA。当AUXDR引脚电压高于9.5V时，启用内部12V电阻分压器，便于实现12V VPP电源。

4. 应用信息

4.1 外部组件选择

• (R_{SENSE}) 选择：根据所需输出电流选择 (R{SENSE}) ，公式为 (R{SENSE}=frac{100 mV}{I{MAX}}) ，且 (R{SENSE }) 取值 (≥0.005 Omega) 。
• (C_{OSC}) 选择：根据所需工作频率计算 (C{OSC}) 值，假设锁相环无外部振荡器输入（ (V{PLLLPF }=0 ~V) ），公式为 (C_{O S C}(p F)=left[frac{1.37left(10^{4}right)}{ Frequency (kHz)}right]-11) 。
• 电感值计算：电感值与工作频率和纹波电流相关，计算公式为 (Delta I{L}=frac{1}{(f)(L)} V{OUT }left(1-frac{V{OUT }}{V{IN }}right)) 。同时，需考虑最小导通时间对电感值的限制。
• 功率MOSFET和D1选择：需选择三个外部功率MOSFET，包括一对顶部N沟道MOSFET和一个底部同步N沟道MOSFET。选择时需考虑 (R{DS(ON)}) 、(C{RSS}) 、输入电压和最大输出电流等因素。肖特基二极管D1在连续同步操作和低电流操作中都有重要作用。
• (C{IN }) 和 (C{OUT }) 选择：(C{IN }) 需根据最大RMS电流选择，公式为 (C{IN } Required I{RMS } approx I{MAX } frac{left[V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)right]^{1 / 2}}{V{IN }}) ；(C{OUT }) 选择主要考虑有效串联电阻（ESR），输出纹波公式为 (Delta V{OUT } approx Delta I{L}left(ESR+frac{1}{4 fC{OUT }}right)) 。

4.2 电源相关

• (INTV _{CC}) 调节器：内部P沟道低压差稳压器产生5V电源，为驱动器和内部电路供电。(INTV CC) 引脚可提供高达15mA电流，需用至少2.2µF钽或低ESR电解电容旁路到地。
• (EXTV _{CC}) 连接：当 (EXTV CC) 引脚电压高于4.8V时，内部开关闭合为 (INTV CC) 供电，低于4.5V时开关断开。(EXTV _{CC}) 有四种连接方式，不同连接方式对效率有不同影响。

4.3 其他要点

• 顶部MOSFET驱动器电源：外部自举电容 (C_{B}) 连接到Boost引脚为顶部MOSFET提供栅极驱动电压，其值需为顶部MOSFET总输入电容的100倍以上，通常0.1µF即可。
• 输出电压编程：通过VPROG引脚选择输出电压，同时该系列产品具有远程输出电压检测功能。
• 上电复位功能：监控输出电压，超出调节范围时开启开漏器件，外部需接下拉电阻。
• 运行/软启动功能：RUN/SS引脚兼具软启动和关断功能，通过内部3µA电流源对外部电容 (C_{SS}) 充电实现软启动。
• 折返电流限制：在输出短路时，通过在输出和 (I{TH}) 引脚之间添加二极管 (D{FB}) 实现折返电流限制，降低故障时的电流。
• 锁相环和频率同步：锁相环可使顶部MOSFET导通与外部源同步，通过调节PLL LPF引脚电压可实现频率调节。
• 低电池比较器：用于检测低电池状态，通过电阻分压器设置比较器触发点。
• SFB引脚操作：SFB引脚低于1.19V时强制连续模式操作，还可用于调节反激绕组输出。
• 辅助调节器/比较器：可作为比较器或低压差稳压器使用，通过AUXON引脚控制开关，AUXDR引脚为开漏输出，需外接上拉电阻。
• 最小导通时间考虑：最小导通时间受内部定时延迟和顶部MOSFET栅极电荷影响，低占空比应用需选择合适的电感值以满足最小导通时间要求。
• 效率考虑：效率主要受 (V{IN }) 电流、(INTV {CC}) 电流、(I^{2} R) 损耗和顶部MOSFET过渡损耗影响。
• 瞬态响应检查：通过负载瞬态响应检查调节器环路响应，负载阶跃时 (Vout) 会发生偏移，可监控 (Vout) 是否存在过冲或振铃以判断稳定性。
• 汽车应用注意事项：在汽车应用中，需使用串联二极管和瞬态抑制器保护DC/DC转换器免受电池线路瞬态影响。

5. 设计示例

假设 (V{IN }=12 ~V) （标称），(V{IN}=22V) （最大），(V{OUT }=1.6 ~V) ，(I{MAX }=3 ~A) 和 (f=250 kHz) ：

• 计算 (C{OSC}) ：(C{O S C}=left(frac{1.37left(10^{4}right)}{250}right)-11=43 pF)
• 计算 (R{SENSE}) ：(R{SENSE}=frac{100 mV}{3 A}=0.033 Omega)
• 选择电感：参考图表选择4.7µH电感，计算最大输入电压下的纹波电流和导通时间，判断最小导通时间是否足够。
• 估算功率损耗：估算顶部MOSFET和同步N沟道MOSFET的功率损耗。
• 选择电容：(C{IN }) 选择RMS电流额定值至少为1.5A的电容，(C{OUT }) 选择ESR为0.03Ω的电容以降低输出纹波。

6. PCB布局检查清单

• 信号和功率地分离，信号地返回 (C{OUT }) 的负极，功率地连接底部N沟道MOSFET源极、肖特基二极管阳极和 (C{IN}) 的负极。
• (VOSENSE) 引脚连接 (C_{OUT }) 的正极，可调应用中电阻分压器需正确连接。
• (SENSE) 和 (SENSE +) 引线应一起布线，且滤波电容应靠近芯片。
• (C_{IN}) 的正极应尽可能靠近顶部MOSFET的漏极。
• (INTV CC) 去耦电容应紧密连接在 (INTV CC) 和功率地引脚之间。
• 开关节点SW应远离敏感小信号节点。
• PLLIN线应远离Boost和SW引脚。
• SGND应专门用于接地外部组件。
• 接近最小导通时间限制时，感测电阻应沿电感径向轴方向放置。

7. 典型应用

• Intel移动CPU VID核心电源转换器：为核心提供稳定电源，并提供1.8V I/O电源。
• 固定输出和辅助输出应用：如3.3V/4A固定输出搭配5V或12V辅助输出，满足不同设备的电源需求。
• 可调输出应用：具备折返电流限制功能和辅助输出，提高系统的可靠性和灵活性。

8. 相关产品

文中还列出了一系列相关产品，如LTC1142HV/LTC1142、LTC1148HV/LTC1148等，可根据不同的应用需求进行选择。

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